重庆科技学院：《热工学基础》课程教学资源（电子教案）第四章 燃料及燃烧计算

重庆科技学院教案用纸 第二部分:热工计算(4-6章) 第一次课课题:4.燃料及燃烧计算 §4.1燃料的通性 、本课的基本要求 1.掌握燃料的化学组成及各种成分之间的相互转换。 2.燃料发热量的计算。 3.标准燃料的概念。 二、本课的重点、难点: 1.重点:燃料的化学组成 2.难点:燃料成分之间的相互转换 三、作业: 第4章燃料及燃烧计算 1.燃料的定义:凡是在燃烧时(剧烈地氧化)能够放出大量的热,并且此热量能有效地被利 用在工业或其他方面的物质称为燃料。 所谓有效地利用是指利用这些热源在技术上是可能的在经济上是合理的 2对燃料的要求: (1)在当今技术条件下,单位质量(体积)燃料燃烧时所放出的热可以有效地利用 (2燃烧生成物是气体状态,燃烧后的热量绝大部分含欲其气体生成物之中,而且可以 在放热地点以外利用生成物中所含的热量 (3)燃烧产物的性质时熔炼(加热)设备不起破坏作用,无毒、无腐蚀作用。 (4)燃烧过程易于控制 (5)有足够多的蕴藏量,便于开采。 §4.1燃料的通性 燃料的化学组成 1l(液)体燃料的化学组成 (1)固(液)体燃料的基本组成 固液体燃料的基本组成有C、H、O、N、S、W(水分)及A(灰分),其中C、H、S 能燃烧放热构成可燃成分,但S燃烧后生成的而氧化硫为有毒气体。所以视硫为有害 成分;氧和氮的存在相对降低了可燃成分的含量,属于有害物质:水分(W)的存在不仅 相对降低了可燃成分含量,而且水分在蒸发时要吸收大量的热,所以视水为有害物质: 灰分的存在不仅降低了可燃成分的含量,而且影响燃烧过程的进行,在燃烧过程中易溶 结成块,阻碍通讯,造成燃料浪费和增加排灰的困难 (2)固(液)体燃料的成分分析 固(液)体燃料的成分分析方法有元素分析法和工业分析法两种。 元素分析法是确定燃料中C、H、O、N、S的重量百分含量,它不能说明燃料由那 些化合物组成及这些化合物的形式。只能进行燃料的近似评价但元素分析法的结果是 燃料计算的重要原始数据。 工业分析法可测定水分,灰分,挥发分产率及固定碳的含量,并能估计燃料的结焦性能

重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 第二部分：热工计算(4-6 章) 第 一 次课 课题： 4. 燃料及燃烧计算 §4.1 燃料的通性 一、本课的基本要求： 1. 掌握燃料的化学组成及各种成分之间的相互转换。 2. 燃料发热量的计算。 3. 标准燃料的概念。 二、本课的重点、难点： 1. 重点：燃料的化学组成。 2. 难点:：燃料成分之间的相互转换。 三、作业： 第 4 章 燃料及燃烧计算 1.燃料的定义：凡是在燃烧时(剧烈地氧化)能够放出大量的热，并且此热量能有效地被利 用在工业或其他方面的物质称为燃料。 . 所谓有效地利用是指利用这些热源在技术上是可能的在经济上是合理的。 2.对燃料的要求： (1)在当今技术条件下，单位质量(体积)燃料燃烧时所放出的热可以有效地利用。 (2)燃烧生成物是气体状态，燃烧后的热量绝大部分含欲其气体生成物之中，而且可以 在放热地点以外利用生成物中所含的热量。 (3)燃烧产物的性质时熔炼(加热)设备不起破坏作用，无毒、无腐蚀作用。 (4)燃烧过程易于控制。 (5)有足够多的蕴藏量，便于开采。 §4.1 燃料的通性 一、燃料的化学组成 1.固(液)体燃料的化学组成 (1) 固(液)体燃料的基本组成 固液体燃料的基本组成有 C、H、O、N、S、W(水分)及 A(灰分)，其中 C、H、S 能燃烧放热构成可燃成分，但 S 燃烧后生成的而氧化硫为有毒气体。所以视硫为有害 成分；氧和氮的存在相对降低了可燃成分的含量，属于有害物质；水分(W)的存在不仅 相对降低了可燃成分含量，而且水分在蒸发时要吸收大量的热，所以视水为有害物质； 灰分的存在不仅降低了可燃成分的含量，而且影响燃烧过程的进行，在燃烧过程中易溶 结成块，阻碍通讯，造成燃料浪费和增加排灰的困难。 (2) 固(液)体燃料的成分分析 固(液)体燃料的成分分析方法有元素分析法和工业分析法两种。 元素分析法是确定燃料中 C、H、O、N、S 的重量百分含量,它不能说明燃料由那 些化合物组成及这些化合物的形式。只能进行燃料的近似评价,但元素分析法的结果是 燃料计算的重要原始数据。 工业分析法可测定水分,灰分,挥发分产率及固定碳的含量,并能估计燃料的结焦性能

重庆科技学院教案用纸 以作为评价燃料的指标 (3)固(液)体燃料成分的表示方法及其相互转换 成分表示方法有四种,即 供用成分:C+H”+O)+N+S+A+Wy=100% 干燥成分:C8+H8+O8+N+S8+A8=100% 可燃成分:C′+H′+O+N"+S=100% 有机成分:C°+H+O°+N°=100% 以上四种表示方法可以进行互相转换,换算的基本原理是:燃料中各种成分字任何 种表示方法中,其质量相等。其换算关系具表4-1-1 2.(1)气体燃料的化学主分 气体燃料是由简单气体化合物与气体单质所组成的机械混合物。一般含有以下成 分:CO、H2CH4CnHn,H2SSO2O2N2H2O.等,其中COH2CH2CnHm为可 燃气体,H2SSO2为有害物质。 (2)气体燃料的分析 气体燃料的分析通常用吸收法,气体燃料中的水分是单独测定的,而且用一标准立 方米干气体中所含水分的质量表示,符号为g点。空气在各种温度下的饱和水含量的 大小见附表18,各种气体燃料的饱和含水量借用该表确定。 (3)气体燃料成分的表示方法及其换算 气体燃料成分的表示方法有两种:即湿成分和干成分 湿成分:CO+H2+CH!+CnHm+H2S+SO+O2+N2+H2O=100% 干成分:CO8+H2+CH4+CnHg+H2S8+SO2+O2+N2=100% 湿成分与干成分之间可以相互换算,换算的原则与固(液)体燃料相同。其步骤是: 先由附表18查出gHo 然后由X”(100+0.1248}o)=X8×100 (式中X表某成分) 最后计算出水分的含量: H2O=0.1249%0100+000 100+0.124go 二、燃料的发热量 l燃料发热量的概念 单位质量(体积)的燃料完全燃烧时所放出的热量称为燃料的发热量,用Q表示,单位为 kg或6m

重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 以作为评价燃料的指标. (3) 固(液)体燃料成分的表示方法及其相互转换. 成分表示方法有四种，即： 供用成分： 0 0 + + + + + + =100 y y y y y y y C H O N S A W 干燥成分： 0 0 + + + + + =100 g g g g g g C H O N S A 可燃成分： 0 0 + + + + =100 r r r r r C H O N S 有机成分： 0 0 + + + =100 o o o o C H O N 以上四种表示方法可以进行互相转换，换算的基本原理是：燃料中各种成分字任何 一种表示方法中，其质量相等。其换算关系具表 4-1-1。 2. (1) 气体燃料的化学主分 气体燃料是由简单气体化合物与气体单质所组成的机械混合物。一般含有以下成 分： CO、 . . . . . . . . H2 CH4 CnHm H2 S SO2 O2 N2 H2O 等，其中 CO H CH CnHm . . . 2 2 为可 燃气体， 2 2 H S.SO 为有害物质。 (2) 气体燃料的分析 气体燃料的分析通常用吸收法，气体燃料中的水分是单独测定的，而且用一标准立 方米干气体中所含水分的质量表示，符号为 g g H2O 。空气在各种温度下的饱和水含量的 大小见附表 18，各种气体燃料的饱和含水量借用该表确定。 (3)气体燃料成分的表示方法及其换算 气体燃料成分的表示方法有两种：即湿成分和干成分。 湿成分： 0 0 + 2 + 4 + + 2 + 2 + 2 + 2 + 2 = 100 y y y y y y n m y y y CO H CH C H H S SO O N H O 干成分： 0 0 + 2 + 4 + + 2 + 2 + 2 + 2 = 100 g g g g g n m g g g CO H CH C H H S SO O N 湿成分与干成分之间可以相互换算，换算的原则与固(液)体燃料相同。其步骤是： 先由附表 18 查出 g g H2O ； 然后由 (100 0.124 ) 100 2 + =  g g H O y X g X (式中 X 表某成分) 最后计算出水分的含量： g H O g H O y g H O g 2 2 100 0.124 100 2 0.124 + = 二、燃料的发热量 1.燃料发热量的概念 单位质量(体积)的燃料完全燃烧时所放出的热量称为燃料的发热量，用 Q 表示，单位为 Kg KJ 或 3 m KJ

重庆科技学院教案用纸 根据燃烧产物的状态,燃料的发热量有高发热量(Qa)和低发热量(Qpw)之分,在燃 烧计算时一般用Qpw,高、低发热量之间有如下关系: OG=QDw +2517(W+9H)<Kg 2发热量的计算 (1)气体燃料发热量的计算 Qn=128CO+108H+36C02+59922+231Hskm (2)固(液)体燃料的发热量计算 Q0=33C+1030H-1090-S)-25WK∥ (3)混合煤气的发热量计算 O Dip=x@+(1-x)Oi K/3 3标准燃料 国家规定发热量2927×103/即200%的燃料为标准燃料,燃料的发热量与标 准燃料发热量的比值称为燃料的热当量。用以评价燃料质量的优劣。 ξ42燃料的燃烧 燃料种类 燃烧过程 影响因素 燃烧方法 气体燃料 煤气与空气的混|空气与煤气的流动有焰燃烧 合(关键性环节)方式 焰燃烧 气体的速度 气体的相对速度 气流直径 煤气的发热量 空气消耗系数 空气煤气混合物系统压力 的加热与着火 反应物质的浓度 燃烧反应 液体燃料 雾化(关键性环|雾化机械性能 雾化剂及雾化压力 混合 固体燃料 煤块大小 块煤层状燃烧 空气消耗系数(一、粉煤燃烧法 二次空气)

重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 根据燃烧产物的状态，燃料的发热量有高发热量( QGW )和低发热量( QDW )之分，在燃 烧计算时一般用 QDW ，高、低发热量之间有如下关系： Kg Q Q y W y H y KJ DW y GW = + 25.17( + 9 ) 2.发热量的计算 (1) 气体燃料发热量的计算 4 2 4 2 3 128 108 360 599 231 m KJ Q CO H CH C H H S y y y y y y DW = + + + + (2) 固(液)体燃料的发热量计算 Kg W KJ Q C H O S y y y y y y DW = 339 +1030 −109( − ) − 25 (3) 混合煤气的发热量计算 1 2 3 (1 ) m Q KJ Q xQ x y y y DW = + − 3.标准燃料 国家规定发热量 29.27  10 3 Kg KJ 即 2000 Kg KCal 的燃料为标准燃料，燃料的发热量与标 准燃料发热量的比值称为燃料的热当量。用以评价燃料质量的优劣。 4.2 燃料的燃烧 燃料种类 燃烧过程 影响因素 燃烧方法 气体燃料 煤气与空气的混 合（关键性环节） 空气与煤气的流动 方式 气体的速度 气体的相对速度 气流直径 煤气的发热量 空气消耗系数 有焰燃烧 无焰燃烧 空气煤气混合物 的加热与着火 系统压力 反应物质的浓度 燃烧反应 液体燃料 雾化（关键性环 节） 雾化机械性能 雾化剂及雾化压力 混合 燃烧 固体燃料 煤块大小 空气消耗系数（一、 二次空气） 块煤层状燃烧 粉煤燃烧法

重庆 技学院教案用纸 第二次课: 科 ξ4.3燃烧计算 、本课的基本要求 1.了解燃烧计算的几点假设 2.掌握燃烧所需空气量及燃烧产物量的计算、燃烧产物成分及其密度计算。 3.掌握空气消耗参数的计算、选择原则、影响因素及对热工的影响 、本课的重点、难点 1本课的重点是气体燃料、固液体燃料的分析计算法,空气消耗参数对热工过程的影响 三、作业: P2504-14-2 ξ4.3燃料计算 总述燃烧计算须确立的参数,燃烧计算的目的,为了计算方便,所做相关假设(六 条)。 、燃料燃烧的分析计算法 燃料燃烧的分析计算法是根据燃烧反应的物质平衡即使燃烧分析所需的L0LnVn及产 物成分和p。 1.气体燃烧的分析计算法 过程略,见表4-3-1。 1)空气消耗量 4.762 1005CO+1H2+2CH+C.+mm"+H2S-02]m 2)燃烧产物量 见P237页(4-3-3)式和(4-3-4)及(4-3-5)式 3)燃烧产物成分计算 见(4-3-6)式 4)燃烧产物密度计算 见式(4-3-7)和(4-3-8)式 2.固液体燃料的分析计算法 固液体燃料的分析计算法见表(4-3-2)及式(4-3-11)~(4-3-16) 二、经验公式计算法 见表(43-3) 三、空气消耗系数 1影响空气消耗系数的因素 (1)燃料的种类 (2)燃料准备 (3)燃料设备的结构 2空气消耗系数对热工的影响: (1)n值对Ln及Ⅴn的影响 (2)n值对燃烧温度的影响 (3)n值对燃烧产物成分的影响

重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 第 二 次课： 课题 4.3 燃烧计算 一、本课的基本要求： 1.了解燃烧计算的几点假设。 2.掌握燃烧所需空气量及燃烧产物量的计算、燃烧产物成分及其密度计算。 3.掌握空气消耗参数的计算、选择原则、影响因素及对热工的影响。 二、本课的重点、难点： 1.本课的重点是气体燃料、固液体燃料的分析计算法，空气消耗参数对热工过程的影响。 三、作业： P250 4-1 4-2 4.3 燃料计算 总述燃烧计算须确立的参数，燃烧计算的目的，为了计算方便，所做相关假设（六 条）。 一、燃料燃烧的分析计算法 燃料燃烧的分析计算法是根据燃烧反应的物质平衡即使燃烧分析所需的 L Ln Vn . . 0 及产 物成分和  。 1．气体燃烧的分析计算法 过程略，见表 4-3-1。 1）空气消耗量 3 3 0 2 4 2 2 ] 2 3 ) 4 2 2 1 2 1 [ 100 4.762 m L CO H CH C m C H y H S y O y m n n m y y y = + + + + + − Ln = nL0 2）燃烧产物量 见 P237 页（4-3-3）式和（4-3-4）及（4-3-5）式 3）.燃烧产物成分计算 见（4-3-6）式 4）.燃烧产物密度计算 见式（4-3-7）和（4-3-8）式 2．固液体燃料的分析计算法 固液体燃料的分析计算法见表（4-3-2）及式（4-3-11）~（4-3-16） 二、经验公式计算法 见表（4-3-3） 三、空气消耗系数 1.影响空气消耗系数的因素： （1）燃料的种类 （2）燃料准备 （3）燃料设备的结构 2.空气消耗系数对热工的影响： （1）n 值对 Ln 及 Vn 的影响 （2）n 值对燃烧温度的影响 （3）n 值对燃烧产物成分的影响

重庆科技学院教案用纸 (4)对燃料利用系数的影响。 结论:选择n值的原则是在保证完全燃烧的条件下,n值越小越好。 3.空气消耗系数的计算 在炉子设计时,一般都根据燃料的条件选取n值。在正常工作的炉子上,则常依据燃烧 产物成分的分析来计算n值。 计算n值的原理是物质平衡。可以通过氧平衡或氮平衡来计算n值

重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 （4）对燃料利用系数的影响。 结论：选择 n 值的原则是在保证完全燃烧的条件下，n 值越小越好。 3.空气消耗系数的计算 在炉子设计时，一般都根据燃料的条件选取 n 值。在正常工作的炉子上，则常依据燃烧 产物成分的分析来计算 n 值。 计算 n 值的原理是物质平衡。可以通过氧平衡或氮平衡来计算 n 值

重庆科技学院教案用纸 第三次课课题:ξ4.4燃烧温度及其计算 本课的基本要求: 1.掌握燃烧温度的概念、影响燃烧温度的因素 2掌握实际燃烧温度的计算。 3.掌握提高燃烧温度的措施。 二、本课的重点、难点 本课的重点是影响燃烧温度的因素 、作业 P2514-34-4 ξ4.4燃料温度及其计算 燃烧温度的计算不仅是评价燃料优劣的重要手段,而且是设计炉子及炉子操作的重要参 数 、燃烧温度的概念 燃烧温度是指燃料在燃烧过程中产生的热量使燃烧生成的气体产物所达到的温度 燃烧温度与燃料的种类、燃烧的方法、传热条件等诸多因素有关。归纳起来,它主要取 决于燃烧过程的热平衡。 1燃烧过程的热平衡 (1)热收入项 1)燃料燃烧的化学热QD 2)空气预热带入的物理热Q Q =LC. KJ/3或 3)煤气预热带入的物理热Q Q r=ct K3或KJ (2)热支出项 1)燃烧产物的热含量Q Q=VC KJ3或K 2)燃烧产物传给周围物体的热量Q 3)燃料不完全燃烧损失的热量 4)高温下燃烧产物热分解所吸收热量Qu

重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 第 三 次课 课题： 4.4 燃烧温度及其计算 一、本课的基本要求： 1. 掌握燃烧温度的概念、影响燃烧温度的因素。 2.掌握实际燃烧温度的计算。 3.掌握提高燃烧温度的措施。 二、本课的重点、难点： 本课的重点是影响燃烧温度的因素。 三、作业： P251 4-3 4-4 4.4 燃料温度及其计算 燃烧温度的计算不仅是评价燃料优劣的重要手段，而且是设计炉子及炉子操作的重要参 数。 一、燃烧温度的概念 燃烧温度是指燃料在燃烧过程中产生的热量使燃烧生成的气体产物所达到的温度。 燃烧温度与燃料的种类、燃烧的方法、传热条件等诸多因素有关。归纳起来，它主要取 决于燃烧过程的热平衡。 1.燃烧过程的热平衡 （1）热收入项 1）燃料燃烧的化学热 Q DW 2)空气预热带入的物理热 Qa a n a a Q = L C t 3 m KJ 或 Kg KJ 3)煤气预热带入的物理热 Qf f f f Q = C t 3 m KJ 或 Kg KJ (2)热支出项 1)燃烧产物的热含量 Qcp Qcp VnCcpTcp = 3 m KJ 或 Kg KJ 2)燃烧产物传给周围物体的热量 Qtc 3)燃料不完全燃烧损失的热量 i Q 4)高温下燃烧产物热分解所吸收热量 td Q

重庆科技学院教案用纸 当热支出与热收入相等时,燃烧产物就达到一个相对稳定的燃烧温度,此时 Opw+Qa+Q=vcen t +Qt+Qi+Q 所以燃烧温度为 ODw +2 +2r-2c-2i-o 称为实际燃烧温度由于其影响因素太多所以不能直接由上式求出t 2燃烧温度的表示方法 1)绝热燃烧温度 @Dw+ea +er rk VC。 2)量热计式温度t C 3)理论燃烧温度t ODw+Qa+er-eid C 4)实际燃烧温度t1 1, = ut 需要说明的是,t和t1都不叫炉温,炉温后面再述 燃烧温度的计算 1.理论燃烧温度的计算 Opw +LnCaLa+crt 由于1与C之间存在对应关系为使计算过程简化令i=Cq1,则 Qpw+Ln ta+C,te LCt Ct

重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 当热支出与热收入相等时,燃烧产物就达到一个相对稳定的燃烧温度,此时 a f n cp cp Qtc Qi Qtd QDW + Q + Q = V C t + + + 所以燃烧温度为 n cp DW a f tc i t d CP V C Q Q Q Q Q Q t + + − − − = 称为实际燃烧温度,由于其影响因素太多,所以不能直接由上式求出 cp t 2.燃烧温度的表示方法 1)绝热燃烧温度 k t n cp DW a f k V C Q Q Q t + + = 2)量热计式温度 c t n cp DW c V C Q t = 3)理论燃烧温度 th t n cp DW a f td th V C Q Q Q Q t + + − = 4)实际燃烧温度 r t th = t r t 需要说明的是, th t 和 r t 都不叫炉温,炉温后面再述. 二、燃烧温度的计算 1.理论燃烧温度的计算 n cp DW n a a f f th V C Q L C t C t t + + = 由于 th t 与 Ccp 之间存在对应关系,为使计算过程简化,令 cp cp th i = C t ,则 L a f n f f n n a a n DW i i i V C t V L C t V Q = + + = + + + + = V Q L C t C t i n DW n a a t f cp

重庆科技学院教案用纸 由此当Qom,Ln,Cal2C!为已知值时,就可求出q之值,利用t与之间 的关系借助It图,即可得出t值 在得出t后,用t,=mbh即可求出t (图中V为燃烧产物中过剩空气的百分含量,即2 ×100%) 2.绝热燃烧的计算 原理:热平衡 方法:试算法 3.影响燃烧温度的因素 1)燃料的发热量 2)空气及煤气的预热温度 3)空气消耗系数 4)富氧鼓风 5)减少燃烧过程的热损失

重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 由此,当 DW n a a f f Q , L ,C ,t ,C t 为已知值时,就可求出 cp i 之值,利用 th t 与 cp i 之间 的关系,借助 I-t 图,即可得出 th t 值. 在得出 th t 后,用 r th t =t 即可求出 r t . (图中 VL 为燃烧产物中过剩空气的百分含量,即 0 0 0 100 − = n n L V L L V ) 2.绝热燃烧的计算 原理：热平衡 方法：试算法 3.影响燃烧温度的因素 1)燃料的发热量 2)空气及煤气的预热温度 3)空气消耗系数 4)富氧鼓风 5)减少燃烧过程的热损失